随着生物医药领域的发展，以mRNA和蛋白质为基础的药物，例如mRNA疫苗和抗体，已经大规模进入临床应用，并在COVID-19大流行期间大放异彩。然而，相比于传统药物，这类新型大分子药物制造起来既费时又昂贵，且产量往往不高。因此，如何低成本生产足够数量的mRNA和蛋白质，成为了限制其发展的一大挑战。
近日，美国天普大学胡文辉研究人员在 Molecular Therapy 期刊发表了题为：Protein expression/secretion boost by a novel unique 21-mer cis-regulatory motif (Exin21) via mRNA stabilization 的研究论文。
该研究发现了一种神奇的短核苷酸序列——Exin21，它能够增强mRNA的稳定性，从而将其在细胞中的蛋白质产量提高数百倍。这将带来一种通用的蛋白质生产助推器，用于以mRNA和蛋白质为基础的生物制品、药物和疫苗的开发。
蛋白质在所有生理过程和病理条件中都起着关键作用。在过去的三十年里，医药领域对生物制品的需求一直在稳步增长。然而，在许多情况下，mRNA和蛋白质的大规模生产一直因成本高昂而十分具有挑战性。
长期以来，科学家们一直想方设法找到一种可以提高蛋白质产量的普适性方法，例如优化启动子序列，引入增强子元件，密码子优化以及添加Kozak序列、核糖体进入位点（IRES）等等。然而，即使采用了这些策略，一些蛋白质仍然保持低表达水平甚至完全不表达。
因此，开发新的、简单的、通用的、能以较低成本显著提高蛋白质产量的方法，特别是在需要大规模生产蛋白质的情况下，仍然是当前的一个研究重点。
在这项最新研究中，新的突破集中在Exin21上，这是一个由21个核苷酸组成的短序列，编码一种被称为Qα的短肽。Exin21具有一种神奇的魔力，当它被被添加到目标基因的编码区时，可以极大地增加目标蛋白质的产量。
Exin21/Qα可以显著促进HEK293T细胞中双报告基因融合病毒蛋白的产生
研究团队将Exin21插入到SARS-CoV-2的包膜蛋白（E蛋白）编码序列和荧光素酶报告基因之间，并显著促进了E蛋白的表达，平均增强了34倍。Exin21中的同义和非同义突变都降低了其增强能力，表明这21个核苷酸具有独特的组成和顺序。
进一步研究表明，除了E蛋白，添加Exin21也可以促进多种SARS-CoV-2结构蛋白（S、M、N蛋白）和辅助蛋白（NSP2、NSP16、ORF3）以及宿主蛋白（IL-2、IFN-γ、ACE2、NIBP）的产量。
Exin21/Qα具有广泛的蛋白表达增强效果
此外，Exin21/Qα还可以提高假病毒和标准慢病毒的包装效率，在人抗SARS单克隆抗体的重链和轻链上添加Exin21/Qα可显著增加抗体的产生。这种增强的程度因蛋白质类型、细胞密度和状态、转染效率、分泌信号和2A介导的自切割效率而异。
Exin21/Qα的加入提高了人抗SARS单克隆抗体的产量
那么，Exin21/Qα增强蛋白表达的具体机制是什么呢？研究团队发现，Exin21/Qα可以增加mRNA的合成，以及增强其稳定性，从而促进蛋白表达和分泌。这些结果表明，Exin21/Qα有潜力作为一种通用的蛋白质生产助推器，这对生物医学研究和生物制品、药物和疫苗的开发具有重要意义。
Exin21的加入促进了mRNA的合成，并增加了mRNA的稳定性
论文通讯作者胡文辉教授表示，这一发现无疑非常令人兴奋，这有可能增加蛋白质的生产，从而在许多领域得到广泛应用。这对于生产治疗性蛋白质，例如抗体和mRNA疫苗，应该非常有用。
胡文辉教授
目前，研究团队正在进一步优化Exin21和类似基序的使用，以增强不同类型的抗体和mRNA疫苗。尽管全面的潜在机制尚待阐明，但类似的编码基序，如Exin24或Exin27，可能会在未来被发现。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2023.02.012
